JPH06213984A - 磁石位置検出器 - Google Patents

磁石位置検出器

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JPH06213984A
JPH06213984A JP24254593A JP24254593A JPH06213984A JP H06213984 A JPH06213984 A JP H06213984A JP 24254593 A JP24254593 A JP 24254593A JP 24254593 A JP24254593 A JP 24254593A JP H06213984 A JPH06213984 A JP H06213984A
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coil
detector
current
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JP24254593A
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Christer Ekwall
エクヴァル クリステル
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/038—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using permanent magnets, e.g. balances, torsion devices
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 磁石の位置を決定し制御するための磁石位置
検出器を提供する。 【構成】 弾性に支持されたコイル２と、該コイルへ電
流を供給する電流源８と、該電流源８から電流が供給さ
れたときに磁界中のコイルの運動を検出する検出装置と
が設けられている。前記コイル２は非直線的なＢ−Ｈ曲
線を有するコアを備えており、前記電流源は、少なくと
も１つの正と負の側縁を有する電流パルスを供給するパ
ルス源８である。前記検出装置は、それぞれ正の側縁と
負の側縁により励起されたコイル２の運動を検出し該運
動の大きさを比較する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、弾性に支持されたコイ
ルと、該コイルへ電流を供給する電流源と、該電流源か
ら電流が供給されたときに磁界中のコイルの運動を検出
する検出装置とを有する、植込み形医療機器のための磁
石位置検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】アメリカ合衆国特許第４，８８７，０３
２号明細書には、位置測定用の、または所定の点を通過
する物体の移動を検知するセンサが開示されている。こ
のセンサは、圧電素子の設けられたフレキシブルなバー
部材を有しており、このバーはその自由端でコイルを支
持しており、反対側の端部で固定されていいる。コイル
が磁界中におかれると、コイルに電流が流されていれば
このコイルは運動し、コイルのこの運動により圧電バー
が撓み、当該の圧電素子により相応の電圧が発生する。
このセンサは、物体から基準点までの距離を測定した
り、あるいは物体が基準点を通過するときの速度を測定
するために用いられる。この物体には磁石が取り付けら
れているか、またはこの物体は導磁性材料から成り、永
久磁界中を移動する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、磁石
の位置を決定し制御するための磁石位置検出器を提供す
ることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明によればこの課題
は、コイルは非直線的なＢ−Ｈ曲線を有するコアを備え
ており、前記電流源は、少なくとも１つの正と負の側縁
を有する電流パルスを供給するパルス源であり、前記検
出装置は、それぞれ正の側縁と負の側縁により励起され
たコイルの運動を検出し該運動の大きさを比較すること
により解決される。
【０００５】
【発明の利点】本発明による検出器のコイルへ電流パル
スが供給されると、コイルを支持する機械系の振動がこ
のパルスの正の側縁と負の側縁のところで発生し、これ
らの振動は類似の大きさであるが互いに逆位相である。
コイルが磁石の軸線上に配置されていればこれらの振動
の振幅は相等しいが、コイルがずれると、コイルのコア
の非直線的なＢ−Ｈ曲線のために、一方の側縁における
振幅の方が他方の側縁におけるものよりも大きくなる。
磁石を１８０°旋回させると、大きい方の振幅と小さい
方の振幅とが入れ替わる。このため本発明による検出器
を、磁石の軸線からのずれを検出するために用いること
ができ、したがってたとえば磁石の位置を制御するため
に、また、磁極を識別するためにも利用できる。このコ
イルは有利にはフェライトコアを有する。
【０００６】本発明による検出器の有利な実施例によれ
ば、コイルは弾性バー部材により支持されており、この
弾性バー部材は圧電性であり、またはこの部材の撓みを
つまりコイルの運動を表す電気信号を供給する圧電素子
を備えている。
【０００７】本発明によるコイルを支持する弾性部材
は、一方の端部で互いに連結された少なくとも２つの脚
部が形成されるように湾曲されているので、機械的にい
っそうフレキシブルな構成が得られる。フレキシビリテ
ィが改善されたことから、同じ大きさの装置であっても
いっそう低い機械的共振周波数が得られる。これはコイ
ルが傾動したときに有利であって、支持部材においてい
っそう大きな撓みが得られる。弾性部材の撓みを表す電
気信号を供給するために、たとえば圧電素子を弾性部材
の湾曲部にわたって設けると、この構成によりいっそう
高い感度が得られる。
【０００８】本発明による検出器の別の有利な実施例に
よれば、コイルを支持する弾性部材はＵ字形に曲げられ
ており、このＵ字形の部材の内側にコイルが取り付けら
れている。したがってこの実施例の場合、弾性部材は２
つのベンディングニーを有しており、これにより検出器
の感度がなおいっそう改善される。
【０００９】本発明による検出器の別の有利な実施例に
よれば、検出装置は、コイルに取り付けられた反射器に
向けて光ビームを投射する光源と、反射した光ビームの
運動を記録する手段とを有している。記録手段をコイル
の反射器から遠く離して配置すれば、コイルの運動は記
録手段において大きな示度に変換される。したがって高
感度の検出装置が実現される。
【００１０】本発明による検出器のさらに別の実施例に
よれば、直接光と反射光により生成された干渉パターン
からコイルの運動を測定するために、検出装置はこの干
渉パターンを記録する手段を有することができ、あるい
は検出装置は、たとえばコンデンサマイクロホンで用い
られているような形式の可変容量装置を有することがで
きる。
【００１１】本発明による検出器のさらに有利な別の実
施例によれば、コンデンサは、コイルのインダクタンス
とともに得られる電気的共振周波数がコイルを支持する
系の機械的共振周波数と一致するように選定される。こ
れによりエネルギーの効率的な伝達が可能になり、つま
り最大効率が得られる。このことは、たとえば回路が１
μＡを越える電流消費を有することの許されないペース
メーカーにおいて本発明による検出器を用いる場合、と
りわけ重要である。
【００１２】本発明による検出器の別の有利な実施例に
よれば、電流源はコイルへ電流パルスに加えて可調整の
直流電流を供給する。この直流電流により別の動作点が
得られ、このようにして電気的共振周波数を調節でき
る。
【００１３】次に、実例として選ばれた本発明による検
出器の実施例を、添付の図面を参照しながら詳細に説明
する。
【００１４】
【実施例の説明】図１〜図３には、本発明による検出器
が関連する形式の磁界検出器の構成および機能が示され
ている。この検出器には圧電バー４の自由端に取り付け
られたコイル２が設けられており、この圧電バーはその
反対側の端部で基部６に取り付けられている。検出器の
電子回路は、やはり基部６上に取り付けられているケー
シング８内に収容されている。このコイルは非直線的な
Ｂ−Ｈ曲線を有するコアを備えており、有利にはコイル
に高いインダクタンスをも与えるフェライトコアを備え
ている。
【００１５】電子回路８は電流源を有しており、これは
電子回路８の端子１′および２′を介してコイル２と接
続されている。この電流源は、検出器の電装品の動作点
を調整するために可調整の直流電流をコイルへ供給する
ことができる。さらにこの電流源は、コイル２へ電気パ
ルスを直接的に供給するパルス発生器として動作させる
こともできる。
【００１６】有利には、電子回路８の端子２′と３の間
に接続されたコンデンサ１０を介して、電子回路８から
コイル２へ方形パルスが供給される。
【００１７】コンデンサ１０はコイル２と直列接続され
ており、このコンデンサ１０の値は、電気回路の電気的
な共振周波数が機械振動系の共振周波数に近くなるよう
に選定される。このようにして最大の結合度が達成さ
れ、その結果、効率的なエネルギー伝達が得られる。
【００１８】電子回路８により供給されたパルスはコン
デンサ１０において微分され、そのパルス側縁はコンデ
ンサを通過してコイル２へ達する。コイルが磁界中にお
かれていれば、コイルを流れる電流により圧電バー４が
振動する。この振動は圧電バー４の両端における電気信
号としてとらえられ、電子回路８の端子５と６へ供給さ
れる。
【００１９】上述の共振のために、方形パルスはこの方
形パルスの側縁と同じ極性で著しく減衰された電気パル
スをコイル２において発生させる。したがって方形パル
スの正の側縁と負の側縁により発生された振動は類似の
大きさであるが、互いに逆方向のものである。
【００２０】十分に高いインダクタンスを得るために、
コイル２は上述のように有利にはフェライトコアを有す
る。このコンポーネントの典型的な数値は、インダクタ
ンスＬ＝３５０ｍＨ、抵抗Ｒ＝１ｋΩ、容量Ｃ＝１５０
ｎＦであり、方形パルスは１〜１０Ｈｚのオーダの周波
数で供給される。
【００２１】図３には、図１および図２における電子回
路と接続されたコンポーネントの電気的等価回路図なら
びにこの回路において生じる信号が示されている。
【００２２】図３のブロック１２には、電子回路８中の
パルス発生器により発生されコンデンサ１０を介してコ
イル２へ導かれるパルスが示されている。
【００２３】パルス列はオシロスコープ１６へも導か
れ、このオシロスコープのチャネル１（Ｃｈ１）には、
ブロック１２に示されたパルスよりも引き延ばされたタ
イムスケールでパルスが示されている。
【００２４】コイル２へ供給されたパルスは、磁界が存
在しているときに圧電バー４の振動を生じさせる。圧電
素子の振動により相応の信号が生じ、これは電子回路８
の端子５と６へ供給される。電子回路８において、圧電
バー４からの信号は高域通過フィルタ処理され（ブロッ
ク１４）、オシロスコープ（ブロック１６）のチャネル
２（Ｃｈ２）へ供給される。オシログラムからわかるよ
うに、減衰された圧電バー振動がパルスの２つの側縁に
より生じるが、この振動は正のパルス側縁と負のパルス
側縁とでは逆位相である。
【００２５】図４および図５には、弾性部材上へのコイ
ル２の取り付けの有利な構成が示されている。この実施
例の場合、弾性部材はＵ字形シート１８から成り、コイ
ル２は、このＵ字形部材の上脚部の自由端部内側に取り
付けられている。この弾性部材は、図４および図５の下
脚部の端部で（図４および図５には示されていない）基
部または支持体に取り付けられている。
【００２６】シート１８は、ステンレススチール、青
銅、チタンのような弾性の金属材料またはプラスチック
材料から成る。
【００２７】Ｕ字形部材の外側には、Ｕ字形部材の湾曲
部２２、２４およびウェブにわたって圧電シート２０が
取り付けられている。
【００２８】図４および図５に示された実施例は、図１
および図２に示されたストレートバーを用いた構成より
もフレキシブルであり、その結果、機械系と実質的に同
じ大きさのいっそう低い共振周波数が得られる。しかも
この実施例では、コイルが傾動した場合に実質的に湾曲
部２２、２４においていっそう大きな撓みが得られる。
圧電素子２０は電子回路８へ相応の電気信号を供給し、
このようにしていっそう感度の高い検出器が得られる。
【００２９】図４および図５の左側には永久磁石２６
が、そのＳ極がコイルの方へ向けられて示されている。
コイル２は、矢印２８で示された対称軸線上にセンタリ
ングされている。図４の場合、コイル２の上端でＮ極が
生じ下端でＳ極が生ずるようにコイル２へ電流が供給さ
れ、図５の場合、電流が反転されしたがってコイル２の
極性が逆になっている。コイル２の上方と下方の矢印３
０および３２はそれぞれ、磁石２６によるコイルへ作用
する力を示す。このことからわかるように、コイル２に
は図４と図５とではそれぞれ逆方向の力が加わり、これ
によりこのコイル２はそれぞれ異なる方向に傾動する。
したがって圧電素子２０によりそれぞれ異なる電気信号
が供給される。このため本発明による検出器によれば、
磁石の極性を決定することができる。
【００３０】図６および図７おける磁石３４の位置を測
定する場合、有利にはコイルを磁石３４に対し垂直にす
る。コイルを磁石３４の対称軸線上にセンタリングする
と、最大の信号が検出器から得られる。図６にはこの位
置が略示されている。
【００３１】図７の場合、コイルは対称軸から距離をお
いてずらされており、コイルがこの位置にあると、電流
パルスの正の側縁により励起された振動と負の側縁によ
り励起された振動はそれぞれ異なるようになり、コイル
のコアの非直線的なＢ−Ｈ曲線のために異なる強度の信
号が検出器により供給される。図８にはこのことが示さ
れている。図８のオシログラムのチャネル１（Ｃｈ１）
には、磁石３４の対称軸線から動かされたコイルによる
信号が示されており、この場合、励起パルスの２つの側
縁により発生した信号はそれぞれ異なる強度のものであ
る。２つのパルス側縁により発生された信号は、矢印３
６と３８によりマークされている。オシログラムのチャ
ネル２（Ｃｈ２）における信号は、コイル２が磁石３４
の対称軸線上にセンタリングされた状態を示している。
このオシログラムからわかるように、この場合には２つ
のパルス側縁により生じた信号は相等しい。
【００３２】したがって本発明による検出器を用いるこ
とにより、磁石の対称軸線からの小さな変位を検出する
ことができ、したがって磁石の位置を制御したり位置測
定することができる。
【００３３】図９には、図８のチャネル２の信号が引き
延ばされたタイムスケールで示されている。このオシロ
グラムは、振動周波数がこの場合に限れば４００Ｈｚの
オーダであることを示している。
【００３４】図１０には、コイル２の振動を検出するた
めの別の実施例の手段が示されている。コイル２の取り
付けられた弾性部材１８の脚部の外側の表面４０には反
射鏡が設けられているか、あるいはこの表面は反射面と
して形成されている。光源２は有利にはレーザであっ
て、反射面４０へ向けて光ビームを投射し、反射ビーム
は好適な記録手段ないし記録媒体４６により記録され
る。したがって反射ビームはこの記録媒体４６上に、コ
イル２の振動つまりこのコイルの取り付けられた脚部の
振動を表す光点を生じさせる。
【００３５】図１１には、干渉技術によりコイルの振動
つまり弾性部材１８の振動を検出する実施例が示されて
いる。この場合にも、コイル２の取り付けられた脚部の
外側には反射鏡または反射面４０が設けられている。単
色光源４８は反射面４０へ向けて光ビームを投射し、直
接光と反射光とにより生成された干渉パターン５０は、
コイル２の振動つまり弾性部材１８の振動を再現するこ
とになる。この干渉パターン５０は好適な記録媒体５２
により記録される。干渉パターン５０の形状はコイル２
の傾動によって決まるものであるから、このパターンは
傾動の測定したがって磁界強度の測定に用いられる。
【００３６】図１２には、コイル２および弾性部材１８
の運動を検出するための、可変容量装置を有する別の択
一的な実施例の手段が示されている。この容量装置は、
実質的に静止状態にある１つのコンデンサプレート５４
（図面にはプレート５４の取り付け構成は示されていな
い）と、コイル２を支持しているＵ字形部材１８の脚部
に取り付けられた１つのコンデンサプレート５６とを有
する。このためコイル２が運動すれば、コンデンサプレ
ート５６はコイル２とともに動き、その結果としてコン
デンサプレート５４と５６との間の間隔ｄが変化するこ
とから、コイル２の運動に応じて容量が変化することに
なる。したがってこの容量は、検出器により測定された
磁界の大きさの尺度となる。
【００３７】別個の固定されたコンデンサプレート５４
を用いる代わりに、Ｕ字形部材１８の下脚部を可変容量
装置の固定プレート５８として構成できる（図１２参
照）。
【００３８】本発明による検出器は磁石の位置と極性の
両方を検出するために使用できるため、種々の利用法が
ある。
【００３９】医療分野において、磁石の存在とその位置
を検出するためにこの検出器を用いることができる。ペ
ースメーカーのような植え込まれる医療機器のために、
試験の目的でしばしば磁石が用いられる。つまりたとえ
ば、磁石を利用してバッテリ状態を検出できる。植え込
まれた機器の精確な位置を決定するのが困難である場合
が多く、このためたとえば植え込まれたペースメーカー
のリードスイッチに対する磁石の適切な位置の決定も困
難である場合が多い。磁石の最良の位置を決定できるよ
うにした本発明による検出器により、この問題を解決で
きる。
【００４０】しかし本発明による検出器は、より一般的
な位置表示器として使用可能であり、所定の経路に沿っ
て、たとえば目標へ向けて、物体を案内するためにこの
検出器を使用できる。
【００４１】
【発明の効果】本発明により、磁石の位置を決定し制御
するための磁石位置検出器が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】可動コイルの原理に基づく磁界検出器の平面図
である。
【図２】可動コイルの原理に基づく磁界検出器の側面図
である。
【図３】検出器の電気的等価回路図および動作中に生じ
る電気信号を示す図である。
【図４】本発明による検出器の１つの実施例におけるコ
イルアセンブリを示す図である。
【図５】本発明による検出器の１つの実施例におけるコ
イルアセンブリを示す図である。
【図６】磁石に対する検出器コイルのそれぞれ異なる位
置を示す概略図である。
【図７】磁石に対する検出器コイルのそれぞれ異なる位
置を示す概略図である。
【図８】本発明による検出器の動作を表すためにこの検
出器からの信号を示す図である。
【図９】検出器の信号を引き伸ばされたタイムスケール
で示す図である。
【図１０】本発明による検出器のコイルの動きを測定す
るための検出装置の実施例を示す図である。
【図１１】本発明による検出器のコイルの動きを測定す
るための検出装置の実施例を示す図である。
【図１２】本発明による検出器のコイルの動きを測定す
るための検出装置の実施例を示す図である。
【符号の説明】
２ コイル ４ 圧電バー ６ 基部 ８ 電子回路 ２０ 圧電シート ２２，２４ 湾曲部 ２６，３４ 永久磁石 ４０ 反射面 ４２ 光源 ４４ 光点 ４６，５２ 記録媒体 ４８ 単色光源 ５０ 干渉パターン ５４，５６ コンデンサプレート

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 弾性に支持されたコイル（２）と、該コ
    イルへ電流を供給する電流源（８）と、該電流源から電
    流が供給されたときに磁界中のコイルの運動を検出する
    検出装置（２０；４０，４２，４４，４６；４８，５
    ０，５２；５４，５６）とを有する磁石位置検出器にお
    いて、 前記コイル（２）は非直線的なＢ−Ｈ曲線を有するコア
    を備えており、 前記電流源は、少なくとも１つの正と負の側縁を有する
    電流パルスを供給するパルス源（８）であり、 前記検出装置（２０；４０，４２，４４，４６；４８，
    ５０，５２；５４，５６）は、それぞれ正の側縁と負の
    側縁により励起されたコイル（２）の運動を検出し該運
    動の大きさを比較することを特徴とする磁石位置検出
    器。
  2. 【請求項２】 前記コイル（２）はフェライトコアを有
    する、請求項１記載の検出器。
  3. 【請求項３】 前記コイル（２）は弾性バー部材（２；
    １８）により支持されており、該弾性バー部材は圧電性
    であり、または該部材の撓みをつまりコイルの運動を表
    す電気信号を供給する圧電素子（２０）を備えている、
    請求項１または２記載の検出器。
  4. 【請求項４】 前記弾性部材（１８）は、一方の端部で
    互いに連結された少なくとも２つの脚部が形成されるよ
    うに湾曲されており、前記コイル（２）は、該脚部の一
    方の脚部の自由端に取り付けられており、前記弾性部材
    は他方の脚部の自由端部分で固定されている、請求項３
    記載の検出器。
  5. 【請求項５】 前記弾性部材（１８）には、該部材の撓
    みをつまりコイル（２）の運動を表す電気信号を送出す
    るために、湾曲部（２２，２４）にわたって圧電素子
    （２０）が設けられている、請求項４記載の検出器。
  6. 【請求項６】 前記弾性部材（１８）はＵ字形に湾曲さ
    れており、前記コイル（２）は、Ｕ字形部材の脚部の一
    方の脚部の内側自由端に取り付けられており、前記のＵ
    字形部材は、該部材の他方の脚部の自由端部分で固定さ
    れている、請求項５記載の検出器。
  7. 【請求項７】 前記圧電素子は、Ｕ字形部材（１８）の
    外側に該部材の湾曲部（２２，２４）とウェブにわたっ
    て設けられた圧電材のシート（２０）として構成されて
    いる、請求項５または６記載の検出器。
  8. 【請求項８】 前記検出装置は、コイル（２）に取り付
    けられた反射器（４０）へ向けて光ビームを投射する光
    源（４２）と、反射した光ビームの運動を記録する手段
    （４６）とを有する、請求項１〜７のいずれか１項記載
    の検出器。
  9. 【請求項９】 前記検出装置は、コイル（２）に取り付
    けられた反射器（４０）へ向けて光ビームを投射する単
    色光源（４８）と、直接光と反射光により生成された干
    渉パターン（５０）からコイルの運動を測定するために
    該干渉パターンを記録する手段（５２）とを有する、請
    求項１〜７のいずれか１項記載の検出器。
  10. 【請求項１０】 前記検出装置は、１つの静止したコン
    デンサプレート（５４；５８）と、コイル（２）ととも
    に運動するように該コイルと結合された１つのコンデン
    サプレート（５６）とを有する、請求項１〜７のいずれ
    か１項記載の検出器。
  11. 【請求項１１】 前記電流パルスは、電流源からコンデ
    ンサ（１０）を介してコイル（２）へ供給される方形パ
    ルスである、請求項１〜１０のいずれか１項記載の検出
    器。
  12. 【請求項１２】 方形波のそれぞれ正と負の側縁により
    励起された振動の大きさを比較するために、前記検出装
    置は、２つの側縁により励起されたコイル（２）の振動
    を表示する表示手段(１６)を有する、請求項１１記載の
    検出器。
  13. 【請求項１３】 前記コンデンサ(１０)の容量値は、コ
    イル(２)のインダクタンスとともに得られる電気的共振
    周波数が取り付けられたコイルの機械的共振周波数と一
    致するように選定される、請求項１１または１２記載の
    検出器。
  14. 【請求項１４】 前記電流源(８)は、電流パルスに加え
    てコイル(２)へ可調整の直流電流を供給する、請求項１
    〜１３のいずれか１項記載の検出器。
JP24254593A 1992-09-29 1993-09-29 磁石位置検出器 Pending JPH06213984A (ja)

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